Bioprozesstechnik

Herausgeber dieses Werkes ist Horst Chmiel, geb. 1940 in Königshütte. Studium der Verfahrenstechnik an der RWTH Aachen, Promotion und Habilitation an der RWTH Aachen. 1976-1992 Leiter des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik Stuttgart. 1986-1992 Ordinarius für Bioprozesstechnik der Universität Stuttgart. Seit 1992 Inhaber des Lehrstuhls für Prozesstechnik der Universität des Saarlandes und wissenschaftlicher Direktor der Gesellschaft für umweltkompatible Prozeßtechnik mbH (upt GmbH), Saarbrücken. Prof. Chmiel hat mehr als 200 Publikationen sowie vier Bücher publiziert und ist Inhaber von 80 Patenten. Liste der Autoren Sebastian Briechle Institut für Biotechnologie II Technische Universität Hamburg-Harburg Denickestr. 15 D-21073 Hamburg Professor Dr.-Ing. habil. Horst Chmiel Gesellschaft für umweltkompatible Prozeßtechnik mbH (upt) Im Stadtwald, Geb. 47 66123 Saarbrücken Professor Dr. rer. nat. Lutz Fischer Universität Hohenheim FG Biotechnologie /Institut für Lebensmitteltechnologie Emil-Wolff-Str. 14 70593 Hohenheim Lutz Hilterhaus Institut für Biotechnologie II Technische Universität Hamburg-Harburg Denickestr. 15 D-21073 Hamburg Dr. Michael Howaldt Boehringer Ingelheim Pharma GmbH & Co. KG Birkendorfer Straße 65 88397 Biberach Dr. Ralph Kempken Boehringer Ingelheim Pharma GmbH & Co. KG Birkendorfer Str. 65 88397 Biberach Professor Dr. K.-H. Klempnauer Westfälische Wilhelms-Universität Institut für Biochemie Wilhelm-Klemm-Str. 2 48149 Münster Professor Dr. Andreas Liese Institut für Biotechnologie II Technische Universität Hamburg-Harburg Denickestr. 15 D-21073 Hamburg Dr. Manfred K. Otto Biegenmühle 4 72119 Ammerbuch Dr. Harald Schnepple Fraunhofer - IGB Nobelstr. 12 70569 Stuttgart Professor Dr. Bernhard Sonnleitner Zürcher Hochschule Winterthur Abteilung Chemie u. Biologische Chemie Technikumstr. 9 CH-8401 Winterthur Professor Dr. Eckehard Walitza Ludwigstr. 32 73430 Aalen Dr. Franz Walz Boehringer Ingelheim Pharma GmbH & Co. KG Birkendorfer Str. 65 88397 Biberach

1 Einführung in die Zellbiologie
1.1 Die Zelle als kleinste lebende Einheit
1.2 Verschiedene Zelltypen, Viren und Phagen
1.3 Fortpflanzung und Evolution

2 Einführung in die Biochemie
2.1 Bausteine der Zelle
2.2 Stoffwechsel
2.3 Regulation zellulärer Vorgänge
2.4 Gentechnik

3 Enzymkinetik
3.1 Aktivität und Stabilität
3.2 Reaktionsmechanismen enzymatischer Ein-Substrat-Reaktionen
3.3 Einfluss der Umgebungsbedingungen
3.4 Bestimmung der kinetischen Konstanten
3.5 Lineare und nichtlineare Regression
3.6 Effektorkinetik
3.7 Reversible Enzymreaktionen
3.8 Allosterie und Kooperativität
3.9 Enzymreaktionen mit zwei Substraten

4 Wachstum: Kinetik und Prozessführung
4.1 Ideale Prozesse zur Messung der Kinetik
4.2 Grundlegende Bioprozessmodelle: Bilanzen und Kinetik
4.3 Das Monod-Modell
4.4 Lösung des Prozessmodelles für den Satzbetrieb (batch)
4.5 Lösung des Prozessmodelles für kontinuierlichen Betrieb
4.6 Lösung des Prozessmodelles für Zulaufverfahren (fed-batch)
4.7 Verfahren mit Zellrückhaltung
4.8 Erweiterungen und Modifikationen des Monod-Modells
4.9 Methoden der Medienentwicklung
4.10 Populationsdynamik in Konkurrenzsituationen
4.11 Umsatz in auto-katalytischen Reaktionen

5 Rheologie von Biosuspensionen
5.1 Die parallele Schichtenströmung
5.2 Viskosimeterströmungen inkompressibler viskoelastischer Flüssigkeiten
5.3 Mathematische Modellierung der stationär ermittelten Fließkurve
5.4 Repräsentative Viskosität
5.5 Das Rührer-Rheometer
5.6 Die instationäre Scherströmung viskoelastischer Fluide
5.7 Dehnströmungen
5.8 Das Fließverhalten von Fermentationsbrühen

6. Transportvorgänge in Biosuspensionen
6.1 Zur Maßstabsübertragung
6.2 Leistungseintrag beim Rühren von Flüssigkeiten
6.3 Zum Stofftransport in Biosuspensionen
6.4 Zum Wärmeübergang im Bioreaktor

7 Bioreaktoren
7.1 Definition eines Bioreaktors
7.2 Mischer
7.3 Reaktortypen
7.4 Schaumprobleme
7.5 Hochdurchsatzverfahren für die Bioprozessentwicklung

8 Sterilisation und Steriltechnik
8.1 Die thermische Resistenz von Mikroorganismen
8.2 Das Verhalten einer Population unter Hitzeeinwirkung
8.3 Die Quantifizierung des Sterilisationsgrades
8.4 Die Auslegung des Sterilitätskriteriums für einen Sterilisationsablauf
8.5 Kontinuierliche Sterilisationsverfahren
8.6 Die Sterilisation durch Filter
8.7 Die Steriltechnik
8.8 Der Aufbau von gerührten Laborreaktoren
8.9 Die Funktion von Autoklaven (Dampfsterilisatoren)
8.10 Der Aufbau von "in situ" sterilisierbaren Reaktoren
8.11 Stutzen für Meßwertgeber
8.12 Die Abtrennung des Reaktorinhaltes von peripheren Leitungsbereichen
8.13 Die Sterilisation der Zuluftstrecke
8.14 Die Rührwellenabdichtung

9 Mess- und Regeltechnik an Bioreaktoren
9.1 Die Betriebsarten Sterilisation und Fermentation
9.2 Messung und Regelung von Zustandsgrößen im Reaktor
9.3 Analytik außerhalb des sterilen Bereichs
9.4 Messungen in der Gasstrecke des Bioreaktors

10 Aufarbeitung (Downstream Processing)
10.1 Zellernte
10.2 Zellaufschluss
10.3 Produktisolation, -konzentrierung und -reinigung
10.4 Bioprozesse mit integrierter Produktaufarbeitung

11 Kultur von Tierzellen
11.1 Eigenschaften von Tierzellen
11.2 Zellcharakterisierung
11.3 Die Umgebung von Zellen in Kultur
11.4 Zell-Kultivierungsmethoden
11.5 Prozessführung bei Säugerzellkulturen
11.6 Großtechnische biopharmazeutische Produktion

12 Enzymatische Prozesse
12.1 Mathematische Beschreibung idealer Reakto